标式和关节式。
由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动,因此,采用圆柱座标型式。
相应的机械手具有三个自由度,为了弥补升降运动行程较小的缺点,增加手臂摆动机构,从而增加一个手臂上下摆动的自由度。
图 2-1 所 示 为 机 械 手 的 手 臂 的 运 动 示 意 图 和 工 作 范 围 图 。
图 2-1 机械手的运动示意图和工作范围图2.2 机械手的手部结构方案设计 为了适应注塑机,把机械手的手部结构设计成夹持式手部,可以准确的夹取工件。
2.3 机械手的手臂结构方案设计 按照抓取工件的要求,本机械手的手臂有三个自由度,即手臂的伸缩、左右回转和升降或俯仰运动。
手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的,立柱的横向移动即为手臂的横移。
手臂的各种运动由液压缸来实现。
2.4 机械手的驱动方案设计 由于液压传动系统的工作平稳,换向冲击小,便于实现频繁换向,因此选用液压传动系统。
2.5 机械手的控制方案设计 考虑到机械手的专用性,同时使用点位控制,因此我们采用可编程序控制器 PLC对机械手进行控制。
当机械手的动作流程改变时,只需改变 PLC 程序即可实现,非常方便快捷。
2.6 机械手的主要参数 1、主参数机械手的最大抓重是其规格的主参数,目前机械手最大抓重以 10公斤左右的为数最多。
故该机械手主参数定为 10 公斤,高速动作时抓重减半。
2、基本参数运动速度是机械手主要的基本参数。
操作节拍对机械手速度提出了要求,设计速度过低限制了它的使用范围。
而影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度。
该机械手最大移动速度设计为 1m/s,最大回转速度设计为 1000°/s,平均移动速度为 lm/s,平均回转速度为 900°/s。
机械手动作时有启动、停止过程的加、减速度存在,用速度一行程曲线来说明速度特性较为全面,因为平均速度与行程有关,故用平均速度表示速度的快慢更为符合速度特性。
除了运动速度以外,手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。
大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。
过大的伸缩行程和工作半径,必然带来偏重力矩增大而刚性降低。
在这种情况下宜采用自动传送装置为好。
根据统计和比较,该机械手手臂的伸缩行程定为 400mm最大工作半径约为 1300mm,手臂安装前后可调 200mm。
手臂回转行程范围定为 240应大于 180否则需安装多只手臂,又由于该机械手设计成手臂安装范围可调,从而扩大了它的使用范围。
手臂升降行程定为 150mm。
定位精度也是基本参数之一。
该机械手的定位精度为土 0.5~±lmm2.7 机械手的技术参数列表一、用途: 用于注塑机上下料。
二、设计技术参数: 1、抓重 10 公斤 夹持式手部 2、自由度数 4 个自由度3、座标型式 圆柱座标4、最大工作半径 1300mm5、手臂最大中心高 1200mm6、手臂运动参数 伸缩行程 400mm 伸缩速度 300mm/s 升降行程 200mm 升降速度 300mm/s 回转范围 0°~ 240°7、手指夹持范围 工件: 80~150mm8、定位方式 行程开关或可调机械挡块等9、定位精度 士 0.5mm10缓冲方式 液压缓冲器11.驱动方式 液压传动12、控制方式 点位程序控制采用 PLC第 3 章手部结构设计 为了使机械手的专用性更强,把机械手的手部结构设计成夹持式手部3.1 手部设计3.1.1 手指的形状和分类 夹持式是最常见的一种,其中常用的有两指式、多指式和双手双指式:按手指夹持工件的部位又可分为内卡式或内涨式和外夹式两种:按模仿人手手指的动作,手指可分为一支点回转型,二支点回转型和移动型或称直进型,其中以二支点回转型为基本型式。
当二支点回转型手指的两个回转支点的距离缩小到无穷小时,就变成了一支点回转型手指同理,当二支点回转型手指的手指长度变成无穷长时,就成为移动型。
回转型手指开闭角较小,结构简单,制造容易,应用广泛。
移动型应用较少,其结构比较复杂庞大,当移动型手指夹持直径变化的零件时不影响其轴心的位置,能适应不同直径的工件。
3.1.2 设计时考虑的几个问题一具有足够的握力即夹紧力 在确定手指的握力时,除考虑工件重量外,还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动,以保证工件不致产生松动或脱落。
二手指间应具有一定的开闭角 两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。
手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开,若夹持不同直径的工件,应按最大直径的工件考虑。
对于移动型手指只有开闭幅度的要求。
三保证工件准确定位 为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置,必须根据被抓取工件的形状,选择相应的手指形状。
例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指,以便自动定心。
四具有足够的强度和刚度 手指除受到被夹持工件的反作用力外,还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响,要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形,当应尽量使结构简单紧凑,自重轻,并使手部的中心在手腕的回转轴线上,以使手腕的扭转力矩最小为佳。
五考虑被抓取对象的要求 根据机械手的工作需要,通过比较,我们采用的机械手的手部结构是一支点两指回转型,由于工件多为圆柱形,故手指形状设计成 V 型,其结构如附图所示.3.2 手部夹紧液压缸的设计1、手部驱动力计算 “V”形 本课题液动机械手的手部结构如图 3-1 所示,其工件重量 G10 公斤,手指的角度 2 120°,b120mm, R24mm摩擦系数为 f0.10 。
图 3-1 齿轮齿条式手部 1根据手部结构的传动示意图,其驱动力为: 2b P N (3-1) R 2根据手指夹持工件的方位,可得握力计算公式: N 0.5Gtg 0.5 10 tg 60 50 N 所以: 2b P N 490(N) (3-2) R 3实际驱动力: K1 K 2 P实际 P (3-3)因为传力机构为齿轮齿条传动,故取 0.94 ,并取 K 1 1.5.若被抓取工件的最大加速度取 ag 时,则: a K2 1 2 (3-4) g所以: 1 .5 2 P实际 490 1563 N 0.94所以夹持工件时所需夹紧液压缸的驱动力为 1563N。
2、液压缸的直径 本液压缸属于单向作用液压缸。
根据力平衡原理,单向作用液压缸活塞杆上的输出推力必须克服弹簧的反作用力和活塞杆工作时的总阻力,其公式为: D 2 p F1 Ft Fz (3-5) 4式中: F1 ——活塞杆上的推力,N Ft ——弹簧反作用力,N Fz ——液压缸工作时的总阻力,N P——液压缸工作 压力,Pa弹簧反作用按下式计算: Ft C f l S (3-6) 4 Gd1 Cf 3 (3-7) 8D1 n Dt D2 d1 (3-8) 式中: C f —— 弹簧刚度,N/m L—— 弹簧预压缩量,m S——活塞行程,m d 1 ——弹簧钢丝直径,m D t ——弹簧平均直径,m D 2 ——弹 簧外径,m n —— 弹 簧 有效 圈数 G—— 弹簧 材料剪切模量,一般取 G79.4X 1 护 Pa在设计中,必须考虑负载率几的影响,则: D 2 p F1 Ft (3-9) 4由以上分析得单向作用液压缸的直径: 4 F1 Ft D (3-10) p代入有关数据,可得: 4 Gd1 Cf 3 (3-11) 8D1 n 4 79.4 109 3.5 10 3 / 8 30 10 3 15 3677.46 N / m Ft C f l S (3-12) 3367.6 60 10 3 220.6 N 4 F1 Ft所以: D (3-13) p 4 490 220.6 / 0.5 10 6 0.4 1/ 2 65.23mm查有关手册圆整,得 D65 mm由 d/DO.2~0.3, 可得活塞杆直径:d0.2~0.3D13~19.5 mm圆整后,取活塞杆直径 d18 mm Ft校核,按公式 / 4d 2有: d 4 Ft / 1/ 2其中 120MPa F t 750N则:d 4 490/ 120 1 / 2 2.28 18 满足设计要求。
3、缸筒壁厚的设计 缸筒直接承受油液压力,必须有一定厚度。
一般液压缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于 1/10,其壁厚可按薄壁筒公式计算: DPp / 2 (3-14) 式中: 6—— 缸筒壁厚 mm D——液压缸内径 , P p ——实验
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